Теоретическое обоснование использования металлических многослойных структур при изготовлении и ремонте сельскохозяйственной техники

Усталостное разрушение – наиболее часто встречающийся вид отказов деталей сельскохозяйственной техники. При создании деталей сельскохозяйственной техники некоторые ученые предлагают использовать металлические многослойные структуры. С целью обоснования использования металлических многослойных структур, а также определения возможных путей повышения их усталостной прочности провели аналитический обзор научной литературы по вопросам усталостного разрушения многослойных металлических структур. Рассмотрели особенности реализации аддитивной технологии листового ламинирования на примере изготовления деталей сельскохозяйственной техники. Определили характер влияния толщины, количества и свойств слоев и межслойных границ на усталостную прочность металлических образцов с многослойной структурой, получаемых с помощью традиционных технологий сваркой взрывом или горячей пакетной прокаткой, и деталей с подобной многослойной структурой, получаемых с использованием аддитивной технологии листового ламинирования. Рассмотрели пример усталостного разрушения детали с механическим и клеевым соединением слоев. На основе результатов проведенного анализа предложили технические подходы к аддитивному изготовлению металлических деталей с многослойной структурой, обеспечивающие повышение их усталостной прочности. Дали рекомендации по выбору исходных металлических листов для вырезки листовых выкроек, по установлению толщины и общего количества выкроек, по формированию отверстий в выкройках, служащих для их соединения механическим крепежом, а также для уменьшения массы в рамках топологической оптимизации. Задачей дальнейших исследований прочностных свойств металлических многослойных структур является экспериментальное определение характера зависимости усталостного разрушения детали от количества составляющих ее слоев.

1. Ерохин М.Н., Леонов О.А., Шкаруба Н.Ж., Вергазова Ю.Г., Скороходов Д.М. Производство и ремонт отечественных машин для агропромышленного комплекса с позиции принципа 5М // Вестник машиностроения. 2023. № 8. С. 701-704. EDN: BUMPSG

2. Леонов О.А., Шкаруба Н.Ж., Темасова Г.Н., Вергазова Ю.Г., Голиницкий П.В. Расчет допуска посадки с зазором для повышения относительной износостойкости соединений // Трение и износ. 2023. Т. 44, № 3. С. 261-269. EDN: TFDITN

3. Приходько Е.А., Никулина А.А., Батаев И.А., Попелюх А.И., Батаев А.А., Ложкин В.С. Структура и усталостная трещиностойкость многослойного композита «сталь 20 – сталь 12Х18Н10Т», полученного сваркой взрывом // Деформация и разрушение материалов. 2013. № 3. С. 28-34. EDN: PZEPHN

4. Дидык Р.П., Козечко В.А. Многослойные конструкции повышенной трещиностойкости, сформированные сваркой взрывом // Автоматическая сварка. 2015. № 2. С. 54-57. EDN: THTTJL

5. Батаев И.А. Формирование структуры сваренных взрывом материалов: экспериментальные исследования и численное моделирование // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2017. Т. 77, № 4. C. 55-67. http://dx.doi.org/10.17212/1994-6309-2017-4-55-67

6. Пацелов А.М., Гладковский С.В., Лавриков Р.Д., Каманцев И.С. Трещиностойкость слоистых композитов с чередованием слоев Ti-Al3Ti-Al-Al3Ti в условиях статического и циклического нагружения // Деформация и разрушение материалов. 2014. № 12. С. 7-11. EDN: TBRGLF

7. Минаков А.А., Плохих А.И. О влиянии деформационных механизмов на увеличение циклической долговечности в многослойных стальных материалах // Проблемы механики современных машин: Материалы VII Международной научной конференции. Улан-Удэ: Изд-во ВСГУТУ, 2018. Т. 1. С. 259-262. EDN: YQSEXZ

8. Минаков А.А. Титова А.С., Букеткин Б.В. Исследование поведения многослойных стальных материалов в условиях малоцикловой усталости при знакопеременном изгибе с сильным нагружением // Новые материалы и технологии в машиностроении. 2019. № 29. С. 51-57. EDN: AIWWCZ

9. Толочко Н.К., Сокол О.В. Методологические аспекты оценки эффективности аддитивной технологии листового ламинирования // Вестник машиностроения. 2020. № 10. С. 11-15. EDN: SOIJSI

10. Толочко Н.К., Авраменко П.В., Кравцов В.Б., Левшуков А.П. Опыт сотрудничества БГАТУ и МЗШ в области производства сельхозтехники // Техническое и кадровое обеспечение инновационных технологий в сельском хозяйстве: Материалы Международной научно-практической конференции (Минск, 16-17 октября 2024 г.: В 2 ч. Ч. 2. Минск: БГАТУ, 2024. С. 26-27. EDN: NDKFRO

11. Клевцов Г.В., Мерсон Д.Л., Клевцова Н.А. и др. Кинетика и механизм усталостного разрушения образцов из сталей 40Х и 38Х2Н2МА // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2019. № 1 (47). С. 30-36. EDN: ADBIGV

12. Попелюх А.И., Попелюх П.А., Батаев А.А. Особенности зарождения и роста усталостных трещин в стали при многократном динамическом сжатии // Физика металлов и металловедение. 2016. Т. 117, № 3. С. 291. EDN: VRXUPX

13. Walczyk D.F., Dolar N.Y. Bonding Methods for Laminated Tooling. International Solid Freeform Fabrication Symposium. USA, 1997. Pр. 211-221. http://hdl.handle.net/2152/70344

14. Толочко Н.К., Сокол О.В. Аддитивные технологии: проблема ступенчатого рельефа поверхности // Агропанорама, 2019. № 2. С. 12-16. EDN: IZNMWY